丙烯氯化反应是化工生产中的一类重要反应。在高温条件下,丙烯与氯气无需催化剂,就可发生取代、加成等反应。其中,不仅有生成3-氯丙烯（3-C₃H₅Cl）的主反应,同时还伴随多种副反应,产物组成十分复杂。主产物3-C₃H₅Cl是非常重要的化工中间体和基础原料,用途非常广泛,常用于有机合成、香料、粘合剂、农药、涂料、也用于合成树脂和塑料阻燃等。但目前丙烯高温氯化法工业生产中存在开车周期短、收率较低、能耗高、副产物多等难题。本文提出从氯化反应源头出发,通过深入探索氯化反应的分子机理以及氯化反应器结构优化设计方案,试图为解决上述问题提供技术支持。具体来说,本文工作分为以下两个主要部分。第一个部分是基于分子模拟方法研究丙烯高温氯化反应机理,提出了高温下三个主要氯化反应的机理。这三个主要反应是:氯气与丙烯生成3-氯丙烯与氯化氢（Cl₂+C₃H₆→3-C₃H₅Cl+HCl）、氯气与丙烯生成1,2-二氯丙烷（Cl₂+C₃H₆→1,2-C₃H₆Cl₂）,氯气与3-氯丙烯生成2,3-二氯丙烯与氯化氢（Cl₂+3-C₃H₅Cl→2,3-C₃H₄Cl₂+HCl）。本文在MP2/6-31G理论计算水平上,搜索了最可能反应路径上的过渡态,得到了上述反应的宏观动力学模型。以上三个反应依次被称为反应I、反应II和反应III。分子模拟研究表明:（1）丙烯高温氯化反应的机理是自由基机理,且存在决速步;（2）根据基元反应的活化能和反应速率常数,获得了以上三个反应的决速步及其活化能,依次是78.42k J/mol、27.83 k J/mol和148.87 k J/mol;（3）三个反应决速步的反应速率常数依次是k（1-2）=1.94×10⁷×exp（（-71.29×1000）÷8.314T） k（2-3）=4.61×10⁶×exp（（-3.9.26×1000）÷8.314T） k（3-2）=7.01×10⁷×exp（（-143.08×1000）÷8.314T） （4）通过对三个反应的宏观动力学的分析,得出结论:低温有利于加成反应,高温有利于取代反应。三个反应的反应动力学模型依次是:r₁=3.61×10⁹×exp（（-113.98×1000）÷8.314T）(Cl_2<sup>1/2（CH₂CHCH₃） r₂1=3.61×10³×exp（（-70.52×1000）÷8.314T）(Cl_2<sup>3/2（CH₂CHCH₃） r₃=2.2.8×10¹⁰×exp（（-185.77×1000）÷8.314T）(Cl_2<sup>1/2（CH₂CHCH₂Cl）第二个部分是运用计算流体力学（CFD）技术对射流混合反应器进行模拟和优化。运用分子模拟获得的宏观动力学模型,采用CFD模拟方法优化丙烯高温氯化反应器。射流反应器优化的主要方面包括喉道半径、混合长度、混合角、C₃H₆/Cl₂进口摩尔比和C₃H₆入口温度。通过以上五个方面因素对射流搅拌反应器的温度分布、产品分布影响的分析,获得了一组优化数据。CFD模拟优化研究表明:（1）反应器CFD模拟结果与实际工业生产的结果趋势上是一致的;（2）基于一系列的喉道半径、混合长度、混合夹角、C₃H₆/Cl₂进口摩尔比以及C₃H₆进口温度的模拟分析,当喉管半径为50mm,混合长为150mm和混合夹角为30°,C₃H₆/Cl₂进口摩尔比取5.4:1、C₃H₆进口温度取613.15K时较为有利于3-C₃H₅Cl的生产。